JP4871339B2 - Sputtering method - Google Patents
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Description
本発明はマルチカソードイオン化物理的気相成膜装置におけるスパッタリング方法に関し、特に、同じ反応容器の内部で2つまたはそれ以上のカソードが配置され、それらを用いてスパッタによる成膜を行うプラズマ支援スパッタ成膜装置であり、この装置ではターゲットからのスパッタ原子がプラズマ領域内でイオン化され、自己バイアス電圧によってウェハーの表面上に対し加速され、サブミクロンの大きさにおける孔またはトレンチを有するウェハーの表面に堆積する。 The present invention relates to a sputtering method in a multi-cathode ionization physical vapor deposition apparatus, and in particular, plasma assisted sputtering in which two or more cathodes are arranged in the same reaction vessel and used to perform deposition by sputtering. A film deposition device in which sputtered atoms from the target are ionized in the plasma region and accelerated by the self-bias voltage onto the surface of the wafer and onto the surface of the wafer having holes or trenches in the submicron size. accumulate.
マグネトロンスパッタリング装置は、半導体産業で使用される基板またはウェハーの上に薄膜を堆積するため、広く応用されている。ウェハー、例えばシリコンウェハーの上に膜を堆積することにおいて、主要条件の1つは膜の均一性である。より高い均一性をもって膜を堆積するため、マルチカソードスパッタリング装置が発明され、用いられている。しかしながら、この装置は、パターンを有するウェハーの上、例えばミクロンの大きさの深い孔や溝を有する表面の上に膜を堆積する際、厳しい問題を持っている。この問題を図8〜図11を参照して詳細に説明する。 Magnetron sputtering equipment is widely applied to deposit thin films on substrates or wafers used in the semiconductor industry. In depositing a film on a wafer, such as a silicon wafer, one of the primary conditions is film uniformity. Multi-cathode sputtering devices have been invented and used to deposit films with higher uniformity. However, this apparatus has severe problems when depositing a film on a patterned wafer, for example on a surface having deep holes or grooves of micron size. This problem will be described in detail with reference to FIGS.
図8は従来のマルチカソードスパッタリング装置の縦断面図を示し、他方、図9は所定配置の仕方で配置されたいくつかのカソードを備える上壁を内側から見た図を示す。ウェハー処理チャンバとして使用される反応容器100は,マルチカソード101a〜101d、ウェハーホルダ102、ガス導入部103およびガス排出部104から構成されている。図8において、例えば、カソードの数は4つであり、そしてこれらの4つのカソード101a,101b,101cおよび101dは、傾斜状態で設けられている。各カソード101a〜101dは例えばAl,Ti,Ta等の金属で作られている。これらのカソードはスパッタされ、ウェハーホルダ102の上に搭載されたウェハー112上に膜を堆積させる。カソード101a〜101dは誘電体物質105を用いて反応容器100から電気的に絶縁されている。一般的に、各カソードの上面には、或る特別な配置を有する複数のマグネット106が配置されている。さらに各カソード上に設けられたマグネット106は、回転機構(図示されず)によって、関連するカソード101の中心よりずれた軸または中心軸の周りに回転させられる。各カソード101はDC電力源(図示されず)に接続されている。
FIG. 8 shows a longitudinal cross-sectional view of a conventional multi-cathode sputtering apparatus, while FIG. 9 shows a view from above of an upper wall with several cathodes arranged in a predetermined arrangement. A
ウェハーホルダは金属電極108、誘電体物質109、側壁110、およびシャフト111から構成されている。ウェハー112は図8に示されるごとく金属電極108の上に水平に配置されている。シャフト111は電気的モータ(図示されず)に連結されており、これによってウェハーホルダ102をその中心軸102aの周りに回転させる。
The wafer holder includes a
1つまたはいくつかのカソード101a〜101dに電力を与えながら、他方で反応容器100の内部圧力を適切な圧力に維持することによって、プラズマが反応容器100の内部に作られる。カソード101a〜101dのより高い負電圧のために、プラズマ中のイオンは加速されカソードに向かいスパッタリングが行われる。これらのスパッタされた原子はその後プラズマを通って移動し、ウェハー112の上、およびプラズマが接触しない他の表面領域の上に堆積する。
Plasma is created inside the
傾斜したカソード101a〜101dの各々から水平なウェハー112に向かって到来するスパッタ原子の流れはウェハー112の表面上で径方向に均一ではない。カソード101aからの仮想的なスパッタ原子の流れは、図10で例えば矢印113によって示されている。ウェハーの表面上で均一な薄膜を得るため、ウェハーホルダ102は、前述したごとくその中心軸の周りに回転させられる。これが均一な膜という結果をもたらす。
The flow of sputtered atoms coming from each of the
カソードからのスパッタ原子は中性の状態にある。スパッタリングに関しては非常に低い圧力、例えば10mTorr(1.3Pa)よりも低い圧力が用いられているので、スパッタ原子はウェハー表面上に堆積する前に気相中で僅かな回数の衝突を受けることになる。たとえプラズマ中に衝突によってスパッタ原子をイオン化できるAr+およびAr*励起状態原子があるとしても、スパッタ原子はより少ない数の気相衝突によってイオン化されることは少ないように思われる。従って、ウェハー表面上での堆積の大部分は中性原子によって起きる。 Sputtered atoms from the cathode are in a neutral state. Because very low pressures are used for sputtering, for example, less than 10 mTorr (1.3 Pa), the sputtered atoms are subject to a few collisions in the gas phase before being deposited on the wafer surface. Become. Even though there are Ar + and Ar * excited state atoms that can ionize the sputtered atoms by collision in the plasma, it appears that sputtered atoms are less likely to be ionized by a smaller number of gas phase collisions. Thus, most of the deposition on the wafer surface is caused by neutral atoms.
中性原子による膜堆積は当該膜が平板状の表面上に堆積する場合には有用である。しかしながら、孔または溝(トレンチ)があるとき、特にサブミクロンの大きさでそのようなものがあるとき、中性原子による膜堆積は制限を受けることになる。このことは図10および図11を参照して説明される。スパッタ原子はウェハーの表面に対し角度を持って到来するので、孔または溝115の内部に堆積する膜114の大部分は、図10で概略的に示されるように、原子の流れに対面する壁の部分に起きる。このことは図11に示すごとく孔または溝115の側壁上に非対称の膜堆積をもたらすという結果になる。さらに孔の直径または溝の幅がサブミクロンの大きさであってより高いアスペクト比を有する場合、膜は孔または溝115の底に向かってだんだんと薄くなる。何故ならば、ほんのわずかな原子のみが孔または溝115の底に到達するからである。このことは孔または溝の側壁上の膜を不連続にさせる原因となる。それ故に、前述したスパッタリング装置をパターンを有するウェハーに応用することは制限を受ける。
Film deposition with neutral atoms is useful when the film is deposited on a planar surface. However, when there are holes or trenches (trench), especially when there is such a sub-micron size, film deposition by neutral atoms will be limited. This will be described with reference to FIGS. Since sputtered atoms arrive at an angle with respect to the surface of the wafer, most of the
下記の特許文献1はマルチカソードスパッタウェハー処理チャンバの一例を開示している。マルチカソードスパッタウェハー処理チャンバは天井部分において傾斜された4つのカソードを有している。要求される磁気多層膜は4つのカソードの各々を適宜にスパッタすることによってウェハーホルダ上に搭載されたウェハーに膜を堆積する。 Patent Document 1 below discloses an example of a multi-cathode sputter wafer processing chamber. The multi-cathode sputter wafer processing chamber has four cathodes that are inclined at the ceiling. The required magnetic multilayer film is deposited on a wafer mounted on a wafer holder by appropriately sputtering each of the four cathodes.
本発明の課題は、スパッタリングによって傾斜カソードまたはターゲットで発生する中性原子を用いてウェハー表面に作られた孔または溝の内側表面に全体として均一な膜を堆積させることである。さらにウェハーがより高いアスペクト比を有するパターン化された深い孔または溝を有するときに、スパッタされた中性原子を用いることで開口部の入口から底に至るまで良好なカバレッジ(被覆率)を有する膜を堆積させることである。 An object of the present invention is to deposit a generally uniform film on the inner surface of holes or grooves created in the wafer surface using neutral atoms generated at the tilted cathode or target by sputtering. In addition, when the wafer has patterned deep holes or grooves with higher aspect ratio, it has good coverage from the entrance to the bottom of the opening by using sputtered neutral atoms It is to deposit a film.
本発明の目的は、傾斜したマルチカソードの各々でスパッタされた中性原子を用いることでウェハー表面のパターン化された孔または溝でより良い側壁および底部のカバレッジを形成できるスパッタリング方法を提供することにある。 It is an object of the present invention to provide a sputtering method that can form better sidewall and bottom coverage with patterned holes or grooves on the wafer surface by using neutral atoms sputtered on each of the inclined multi-cathodes. It is in.
本発明のスパッタリング方法は、反応容器圧力を5Paより高い圧力になるように制御すること、
反応容器内のウェハーホルダにウェハーを配置し、該ウェハーを回転させること、
前記ウェハーに対し、ターゲット及びカソードを傾斜させて配置すること、
前記カソードにrf発生器よりrf電流を印加すること、
前記カソードから放出されたスパッタ原子をイオン化すること、前記反応容器内にプラズマを発生させること、並びに、
前 記ウェハーが電位的に浮遊状態となるように、前記ウェハーホルダ内に設けられた下部電極を非接地、非RF接続状態、及び非DC接続状態とすること、
前記プラズマが前記rf発生器のrf電力の容量的結合によって生成されるとき、選択されたカソードの上に負の自己バイアス電圧が生成し、前記カソードから放出されたスパッタ原子をイオン化し、負バイアス電位により加速するように為し、前記ウェハー表面に作られた孔又は溝の内側表面に膜を堆積させること、
を特徴とする。
Scan sputtering method of the present invention, be controlled to be the reaction vessel pressure to a pressure higher than 5 Pa,
Placing the wafer in a wafer holder in the reaction vessel and rotating the wafer;
With respect to the wafer, it is arranged to tilt the motor Getto and cathode,
Applying an rf current to the cathode from an rf generator ;
Ionizing sputtered atoms emitted from the cathode , generating plasma in the reaction vessel , and
The lower electrode provided in the wafer holder is ungrounded , non-RF connected, and non-DC connected so that the wafer is in a floating state in terms of potential.
When the plasma is generated by capacitive coupling of the rf power of the rf generator, a negative self-bias voltage is generated on the selected cathode to ionize sputtered atoms emitted from the cathode and negative bias Depositing a film on the inner surface of a hole or groove made in the wafer surface, so as to be accelerated by an electric potential ;
It is characterized by.
上記のスパッタリング方法において、このましくは、前記カソードは、前記rf電流に加えて、DC電流が更に供給されることを含んでいる。 In the sputtering method, preferably, the cathode, in addition to the rf current includes a DC current is further supplied.
上記のスパッタリング方法において、好ましくは、前記ターゲットはHigh−k誘電材料で形成されており、前記High−k誘電体材料は、HfSiONであることを含んでいる。 In the above sputtering method, preferably, the target is made of a high-k dielectric material, and the high-k dielectric material includes HfSiON.
本発明に係るマルチカソードスパッタイオン化物理的気相成膜装置は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。 In order to achieve the above object, a multi-cathode sputter ionization physical vapor deposition apparatus according to the present invention is configured as follows.
第1のマルチカソードイオン化物理的気相成膜装置は、次のように構成される。その底壁にウェハーホルダがその中心軸周りに回転するようにされて設けられ、かつ、ウェハーホルダ上に配置されたウェハーに対して、その上壁に少なくとも2つの傾斜されたカソードが設けられた反応容器を備え、カソードの各々はrf発生器から整合回路を介してrf電流が供給されており、ガス導入部とガス排出部を含む圧力制御機構を備える。上記の装置において、反応容器の内部圧力は圧力制御機構によって相対的に高い圧力となるように制御されている。 The first multi-cathode ionization physical vapor deposition apparatus is configured as follows. A wafer holder is provided on the bottom wall so as to rotate about its central axis, and at least two inclined cathodes are provided on the top wall for a wafer disposed on the wafer holder. Each of the cathodes is provided with a pressure control mechanism including a gas introduction unit and a gas discharge unit. Each of the cathodes is supplied with an rf current from an rf generator through a matching circuit. In the above apparatus, the internal pressure of the reaction vessel is controlled to be a relatively high pressure by a pressure control mechanism.
上記の装置によれば、反応容器内のプラズマは5Pa(パスカル)よりもより高い圧力の下で生成される。この条件はスパッタ原子をイオン化し、かつ成膜はウェハー表面への加速イオンによって主に起きる。 According to the above apparatus, the plasma in the reaction vessel is generated under a pressure higher than 5 Pa (Pascal). This condition ionizes sputtered atoms, and film formation occurs mainly by accelerated ions on the wafer surface.
上記のマルチカソードイオン化物理的気相成膜装置において、好ましくは、当該装置は上壁の中央部にウェハーに平行な中央カソードを含んでいる。 In the above-described multi-cathode ionization physical vapor deposition apparatus, the apparatus preferably includes a central cathode parallel to the wafer at the center of the upper wall.
上記のマルチカソードイオン化物理的気相成膜装置において、好ましくは、当該装置はカソードに対してそれぞれDC電圧を供給するDC源を備えている。 In the above-described multi-cathode ionization physical vapor deposition apparatus, the apparatus preferably includes a DC source that supplies a DC voltage to the cathode.
上記のマルチカソードイオン化物理的気相成膜装置において、好ましくは、カソードの1つまたはそれよりも多くはrf電流に加えてDC電流が供給される。 In the multi-cathode ionized physical vapor deposition apparatus described above, preferably one or more of the cathodes is supplied with a DC current in addition to the rf current.
第2のマルチカソードイオン化物理的気相成膜装置は次のように構成される。その中心軸の周りに回転するように底壁にウェハーホルダが設けられ、そして少なくともウェハーホルダ上に搭載されたウェハーに対して2つの傾斜したカソードが上壁に設けられた反応容器を備え、カソードの各々はDC源からDC電圧を供給されるようにされており、ガス導入部とガス排出部を含む圧力制御機構を備え、そして上壁の中央部にウェハーに平行な中央カソードを備える。上記の装置において、反応容器の内部圧力は圧力制御機構によって相対的に低い圧力となるように制御されている。 The second multi-cathode ionization physical vapor deposition apparatus is configured as follows. A wafer holder provided on the bottom wall for rotation about its central axis, and comprising a reaction vessel provided on the top wall with at least two inclined cathodes relative to the wafer mounted on the wafer holder; Each is adapted to be supplied with a DC voltage from a DC source, includes a pressure control mechanism including a gas inlet and a gas outlet, and a central cathode parallel to the wafer at the center of the upper wall. In the above apparatus, the internal pressure of the reaction vessel is controlled to be a relatively low pressure by a pressure control mechanism.
上記の装置において、カソードのいずれか1つのターゲット物質は好ましくはHfO2またはHfSiONのごとき高誘電率を有する物質である。 In the above apparatus, any one target material of the cathode is preferably a material having a high dielectric constant such as HfO 2 or HfSiON.
さらに上記の装置において、例えばHfO2,Si3N4,Al2O3およびHfのごとき誘電体物質または金属であり、それらは共同スパッタリングの間、ウェハーの上で他の誘電体物質を形成するように共に反応するものであり、そこでは2つまたはそれ以上のカソードは同時にrfまたはDC電圧を与えられる。 Further in the above apparatus, dielectric materials or metals such as HfO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 and Hf, which form other dielectric materials on the wafer during co-sputtering. In which two or more cathodes are simultaneously supplied with rf or DC voltage.
各カソードは磁束線(磁気フラックス)を生成するマグネット配列をその外側表面に有し、その磁束線はカソード表面を貫き、反応容器の内部に到達する。 Each cathode has a magnet array for generating magnetic flux lines (magnetic flux) on its outer surface, and the magnetic flux lines penetrate the cathode surface and reach the inside of the reaction vessel.
本発明によれば、より高いアスペクト比を有するパターン化された孔または溝を有するウェハーに、より良い側壁カバリッジおよび底部カバレッジの状態で膜を堆積することができる。 According to the present invention, films can be deposited on wafers with patterned holes or grooves having higher aspect ratios with better sidewall coverage and bottom coverage.
以下に、添付した図面に従って好ましい実施形態が説明される。実施形態の説明を通して、本発明の詳細は明らかにされる。 Hereinafter, preferred embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. Through the description of the embodiments, the details of the present invention will be clarified.
[実施形態1]
図1から図4に従って本発明の第1の実施形態が説明される。マルチカソードスパッタ成膜反応容器10の縦断面図が図1に示される。マルチカソードの配列の下面図は図2に示される。反応容器10は側壁10a、上壁10b、および底壁10cによって形成され、機密構造を有している。さらに反応容器10はターゲットとして用いられる2つまたはいくつかのカソード(例えば4つのカソード11a,11b,11c,11d)と、ウェハーホルダ12と、ウェハーホルダ12の中に組み込まれた部分である下部電極15と、反応容器10のその他の部分からカソードと下部電極15を電気的に絶縁するための絶縁物質13,14を備えている。カソードの数は好ましくは4つである。4つのカソード11a〜11dは反応容器10の上壁の内面に絶縁物質13を介して傾斜状態で固定されている。4つのカソード11a〜11dは上壁の円形外縁に沿って等しい間隔で配置されている。
[Embodiment 1]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. A longitudinal sectional view of the multi-cathode sputter
反応容器10の内部には、反応容器10内に単体のガスまたは混合体のガスを導入するための複数のガス導入部16およびガス排出部17がある。ガス導入部16はガス供給装置(図示されず)に接続されており、かつガス排出部17は真空ポンプ(図示されず)に接続されている。こうして、反応容器10は、ガス導入部16およびガス排出部17等を含んで成る圧力制御機構を有しており、これは内部圧力を所望の圧力に制御するためのものである。
Inside the
4つのカソード11a〜11dは、下部電極15に平行な、上壁10bの中央部分に傾斜をつけて設けられている。カソードの直径は重要な事項ではなく、反応容器10の他の寸法に従って選択される。例えば、もし反応容器10が直径300mmのウェハーを処理するように設計されているならば、カソード11a〜11dの直径は200〜400mmの範囲にある。
The four
カソードの材質またはターゲットの材質は、通常、Al,Ti,Ta,Mn等のごとき金属である。さらにターゲットとして半導体または誘電体の材料でさえ用いることもできる。誘電体材料によって作られたターゲットは、例えば、SiO2,SiN,HfONまたはHfSiONのごときhigh−k誘電体材料である。すべてのカソード11a〜11dは同じ材料で作られるか、または異なる材料によって作られる。
The material of the cathode or the material of the target is usually a metal such as Al, Ti, Ta, Mn. Furthermore, even semiconductor or dielectric materials can be used as targets. Target made of a dielectric material, for example, SiO 2, SiN, a high-k dielectric materials such as HfON or HfSiON. All
カソード11a〜11dの各々の外側表面の上でどのようなマグネット配列を設けてもよいし、設けなくてもよい。図1において、各カソードの外側表面上に設けられた複数の分離したマグネット18が示されている。通常、これらのマグネット配列は、カソードにおけるずれた軸で、または中央軸で回転させられる。マグネット18に関してはいかなる特別の配列もない。マグネット配列の構成はターゲット利用上の効率および膜の均一性を考慮することによって選択することができる。
Any magnet arrangement may or may not be provided on the outer surface of each of the
各カソード(11a〜11d)は整合回路20を介してrf発生器19に接続されている。rf発生器19の周波数は重要なことではなく、10〜300MHzの範囲である。さらに、カソード11a〜11dのすべては、同じ周波数でまたは異なる周波数で動作するrf電流を与えてもよい。
Each cathode (11 a to 11 d) is connected to the
ウェハーホルダ12は反応容器10の底壁の上に設けられ、最も近いカソードの下側で少なくとも50mmの距離にて配置されている。ウェハーホルダ12はシャフト21に固定されており、このシャフト21は電気モータ(図示せず)を用いることによって回転するようになっている。下部電極15は、通常、Alのごとき金属で作られており、整合回路23を経由してrf発生器22に接続されている。しかしながら、rf発生器22から下部電極15へのrf電力の応用はこの発明の目的にとって本質的なことではない。もしrf電流が下部電極15に与えられるならば、rf電流の周波数は重要な事項ではなく、100KHz〜50MHzの範囲にある。膜が堆積されるウェハー24は下部電極15の上に搭載されている。
次に上記のマルチカソードスパッタ成膜装置の作用が説明される。第1に、プロセスガス、通常ではArが、ガス導入部16を通じて反応容器10の中に供給される。反応容器10の内部の圧力は5Pa(パスカル)よりもより高く維持される。反応容器10において、プラズマは、1つの選択されたカソードまたはいくつかの選択されたカソードにrf電流を与えることによって生成される。rf電流は、通常、スパッタされるべき必要のある選択されたカソードに与えられる。従って、もし2つの異なる材質が同時にスパッタされることが必要であるならば、rf電流は同時に両方のカソードに与えられる。
Next, the operation of the multi-cathode sputtering film forming apparatus will be described. First, a process gas, usually Ar, is supplied into the
プラズマがrf電力の容量的結合によって生成されるとき、選択されたカソードの上に負の自己バイアス電圧が生成される。適用されたrf電力に依存してrf電流の周波数および圧力自己バイアス電圧の値は変化する。この負の自己バイアス電圧はカソード(11a〜11d)の表面の上にDC電界を生成し、このDC電界はプラズマにおけるイオン、例えばAr+イオンを加速する。カソード表面における高エネルギイオンの衝突はカソード材料をスパッタリングし、そのスパッタ物をプラズマ中にもたらす原因となる。 When the plasma is generated by capacitive coupling of rf power, a negative self-bias voltage is generated on the selected cathode. Depending on the applied rf power, the frequency of the rf current and the value of the pressure self-bias voltage vary. This negative self-bias voltage creates a DC electric field on the surface of the cathode (11a-11d), which accelerates ions in the plasma, such as Ar + ions. The collision of high energy ions at the cathode surface causes the cathode material to be sputtered and bring the spatter into the plasma.
カソードから放出されるスパッタ原子は中性の状態にある。採用されたより高い圧力のために、これらのスパッタ原子はウェハー24の上または反応容器10の内部の他の表面に堆積する前に非常に多くの衝突を受けることになる。Ar+イオンおよびAr*励起状態との衝突はスパッタ原子のイオン化という結果をもたらす。従ってスパッタ原子の一部は気相中でイオン化する。スパッタ原子のイオン化された部分は、カソード(11a〜11d)とウェハー24の間の距離、圧力、そして反応容器10内のプラズマ密度に依存している。
Sputtered atoms emitted from the cathode are in a neutral state. Due to the higher pressures employed, these sputtered atoms will experience a great deal of collisions before depositing on the
もし下部電極15にrf電流が与えられるのであるならば、負の自己バイアス電圧はウェハー24の表面に生成される。この負の自己バイアス電圧はイオン化されたスパッタ原子をウェハーの表面に加速するDC電界を発生する。
If rf current is applied to the
下部電極15がrf電流を与えられずかつ同様にまた接地に接続されていないならば、ウェハー24は電気的に浮遊の状態にある。この状態において、ウェハーの電圧は浮遊電圧(Vf)として与えられる。この浮遊電圧(Vf)は常にプラズマの電圧(Vp)よりも低い。それ故にVp−Vfによって定義される電圧差(電界)が存在する。この電圧差はウェハー24に向かって電界を発生する。この電界はプラズマ中のイオン化されたスパッタ原子をウェハーの表面に向かって加速する。それ故にイオン化されたスパッタ原子はほとんどウェハーの表面に垂直に到達する。
If the
前述した現象は概略的に図3において示される。図3で、ウェハー24の表面の近くの点線25はカソード11aからの原子またはイオンの流れ(flux)の半径方向の輪郭形状を示し、領域26はプラズマを示す。さらに上記の電界(E)は電圧差(Vp−Vf)に基づいて矢印で示されるごとくウェハー24の表面に向かって生成される。プラズマ26において、カソード11aから放出されたスパッタ原子は通路27によって示されるごとく移動する。スパッタ原子の移動進路27に従ってイオン化されたスパッタ原子はウェハー表面に加速され、ほとんどウェハーの表面に垂直に到達する。こうして当該作用は図4に示されるごとくウェハー24における孔や溝29において均一な側壁カバレッジおよびより良好なボトムカバレッジという結果をもたらす。
The phenomenon described above is schematically shown in FIG. In FIG. 3, the dotted
しかしながら、イオン化された原子または中性の原子の流れはウェハー表面において均一ではない。それは図3の線25によって示されるごとく高度に非対称的なパターンである。線15はカソード11aに関しての原子またはイオン化された原子の流れの密度を表している。しかしながら、図1に示されるごとくウェハー24はその中心軸24aの周りに回転されているので、結果として得られる膜は良好な均一性を示す。
However, the flow of ionized or neutral atoms is not uniform on the wafer surface. It is a highly asymmetric pattern as shown by
次に、上述したrf発生器19の代わりに、カソード11a〜11dにDC電圧を供給するためのDC電源を用いることもできる。カソードにDC電圧を与える目的はカソードの負の電圧を増大させることによってカソードまたはターゲットのスパッタ速度を増加させることである。加えて、rf発生器またはDC電源の使用はカソードの材料に依存して決定されてもよい。
Next, instead of the above-described
第1の実施形態によれば、その効果は、ウェハー表面における孔または溝におけるより良い側壁カバレッジおよび底カバレッジを与えることである。 According to the first embodiment, the effect is to provide better sidewall and bottom coverage in the holes or grooves in the wafer surface.
[実施形態2]
図5および図6に従って本発明の第2の実施形態が説明される。第2の実施形態において、図5および図6は、それぞれ、図1および図2に対応する。第1実施形態のマルチカソードスパッタ成膜装置に比較して、第2実施形態の装置では、下部電極15に平行な中央カソード11eが追加されている。中央電極11eは、前述した傾斜カソード11a〜11dと実質的に同じ構造を有しており、同じ機能を有している。中央カソードの直径または大きさは傾斜カソードのそれと同じである必要は必ずしもない。中央カソードとこれに関連する構成に関する上記付加を除いて、他のハードウェアのすべては第1実施形態で説明されたものと同じである。それ故に、図5および図6において、第1実施形態で説明された要素と実質的に同じ要素は同じ参照番号が付されている。第2実施形態において得られる動作の方法および利点は、同様にまた、第1実施形態で説明されたものと同じである。
[Embodiment 2]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, FIGS. 5 and 6 correspond to FIGS. 1 and 2, respectively. Compared with the multi-cathode sputtering film forming apparatus of the first embodiment, the apparatus of the second embodiment has a
[実施形態3]
図7に従って本発明の第3実施形態が説明される。図7は、第2実施形態の図5に対応している。ここにおいて唯一の違いは、第2実施形態と比較すると、各カソード11a〜11eがrf電力供給部に加えてDC電力供給部31に接続されていることである。それ故に、動作の間、1つまたはすべてのカソードにrf電力に加えてDC電力が与えられる。カソードへの付加的なDC電力の応用は、その負の電圧の増加をもたらす。これはカソード11a〜11eのスパッタ速度を増加させる。DC電源31を上記のごとく追加すること以外、すべてのハードウェアは、第1または第2の実施形態で説明されたものと同じである。それ故に、図7において、第1または第2の実施形態で説明された要素と実質的に同一な要素には同じ参照番号が付されている。得られる動作の方法および利点は同様にまた第1または第2の実施形態において述べられたそれらと同じである。
[Embodiment 3]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 corresponds to FIG. 5 of the second embodiment. The only difference here is that the
本発明はPVDスパッタリング装置において傾斜されたマルチカソードの各々においてスパッタされた中性原子を用いることでウェハーの表面でのパターン化された深い孔または溝の側壁および底部のより良いカバレッジを形成するのに利用される。 The present invention uses a sputtered neutral atom in each of the tilted multi-cathodes in a PVD sputtering apparatus to form better coverage of patterned deep hole or trench sidewalls and bottoms at the wafer surface. Used for
10 反応容器
11a〜11e カソード
12 ウェハーホルダ
15 下部電極
18 マグネット
19 rf発生器
DESCRIPTION OF
Claims (3)
反応容器内のウェハーホルダにウェハーを配置し、該ウェハーを回転させること、
前記ウェハーに対し、ターゲット及びカソードを傾斜させて配置すること、
前記カソードにrf発生器よりrf電流を印加すること、
前記カソードから放出されたスパッタ原子をイオン化すること、前記反応容器内にプラズマを発生させること、並びに、
前記ウェハーが電位的に浮遊状態となるように、前記ウェハーホルダ内に設けられた下部電極を非接地、非RF接続状態、及び非DC接続状態とすること、
前記プラズマが前記rf発生器のrf電力の容量的結合によって生成されるとき、選択されたカソードの上に負の自己バイアス電圧が生成し、前記カソードから放出されたスパッタ原子をイオン化し、負バイアス電位により加速するように為し、前記ウェハー表面に作られた孔又は溝の内側表面に膜を堆積させること、
を特徴とするスパッタリング方法。 Controlling the reaction vessel pressure to a pressure higher than 5 Pa,
Placing the wafer in a wafer holder in the reaction vessel and rotating the wafer;
With respect to the wafer, it is arranged to tilt the motor Getto and cathode,
Applying an rf current to the cathode from an rf generator ;
Ionizing sputtered atoms emitted from the cathode , generating plasma in the reaction vessel , and
Making the lower electrode provided in the wafer holder non-grounded , non-RF connected, and non-DC connected so that the wafer is floating in potential.
When the plasma is generated by capacitive coupling of the rf power of the rf generator, a negative self-bias voltage is generated on the selected cathode to ionize sputtered atoms emitted from the cathode and negative bias Depositing a film on the inner surface of a hole or groove made in the wafer surface, so as to be accelerated by an electric potential ;
A sputtering method characterized by the above.
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